■本報記者 肖潔 黃辛
質地堅硬，含深色粗粒，手感厚重，這些其貌不揚的橄欖巖，採自3000多米水深的西南印度洋底。
近日，《中國科學報》記者走進同濟大學海洋與地球科學學院教授周懷陽的辦公室，聽他講述這些寶貝石頭背後的地球秘密。
正是這些一般人看來很普通的橄欖巖，幫助周懷陽和他的合作者，挑戰了學界沿用40多年的「地幔羽」假說，從而有望幫助人類釐清地球各大板塊邊界隆起之謎。
隆起是「熱」出來的？
上世紀50～60年代確立的「板塊構造學」理論，從根本上改變了人們對地球內部運動的認識。然而，對板塊內部及板塊分離邊界（洋中脊）上眾多隆起或海山的成因，科學家們沒有找到合理統一的解釋。
約40年前，摩根提出了「地幔羽」假說，認為是發源於核幔邊界上的地幔內部溫度局部異常導致大規模巖漿湧出地表，從而形成了這些隆起或海山。隆起或海山代表較厚的地殼或洋殼，其中最通用的例子是在大西洋洋中脊上的冰島隆起和在太平洋板塊內部的夏威夷海山鏈。全球的地球化學對比研究似乎也支持這一假說。
隆起的熱成因說在上世紀80年代晚期佔據了主導地位。大多數科學家都確信地幔溫度變化對地形隆起的重要性，換言之，大家普遍認為洋中脊水深的變化由下伏地幔的溫度變化控制。
大洋科考的意外收穫
然而，3年前的一次大洋科考，卻給周懷陽帶來了新發現。
當時是2010年1月，周懷陽和他的團隊乘坐我國「大洋一號」科考船，在西南印度洋綿延3100公裡長、大小與冰島隆起大致相當的馬裡安隆起東段東經53度洋脊段的地表，運用多波束測深儀進行地形測量，並採用拖網、深海電視抓斗等採樣設備，從3000多米深的洋底進行密集的地質採樣。
一批批樣品拉到甲板上後，周懷陽和他的團隊大感意外。
「在這一塊3200平方公裡的區域，我們捕獲到的基本上都是類似這樣的橄欖巖，而並非原來料想的玄武巖。」周懷陽說。
他展示著手中一塊橄欖巖解釋道：「這就說明這一段幾乎完全缺失洋殼，而是地幔直接出露於地表。這就好比雞蛋沒有蛋殼，蛋白直接裸露在外。」
這種缺乏巖漿的現象，導致了對於馬裡安隆起熱成因的質疑。因為若是熱成因，洋脊下的地殼厚度大約會是3到6公裡。
航次結束後，周懷陽隨即與美國伍茲霍爾海洋研究所的亨利·迪克教授等人展開了合作研究。通過對此次科考樣品以及迪克多年來對馬裡安隆起積累的取樣數據進行分析，他們對馬裡安隆起的成因提出了新看法。
「馬裡安隆起的洋殼很薄，十分不均勻；造成馬裡安隆起的主要原因，並不是人們通常認為的地幔內局部溫度異常，而是地幔的成分異常，是因缺少一些易熔的金屬物質而變得較輕的虧損地幔組成成分在均衡作用下產生了隆起。而地幔的虧損原因，則可追溯到1.8億年前南極板塊和非洲板塊分離時發生的大規模火山作用，甚至是更早的地質歷史事件。」周懷陽說。
期待「深度」了解地球內部
周懷陽等人的相關研究論文，最終於今年2月14日發表於《自然》雜誌。英國劍橋大學教授麥柯勒倫在同期雜誌上撰文，對該研究進行評述，文章指出：「如果周和迪克對來自印度洋洋中脊地質觀測的解釋正確的話，那麼他們的工作將對我們深入理解地幔具有重要意義。」
不過，正如麥柯勒倫所說，要想進一步驗證周懷陽和迪克提出的「有關地幔成分變化是控制洋中脊水深變化主因」的假說，需要在西南印度洋洋中脊進行更廣泛的地質取樣和地球物理調查工作。
「這正是今後幾年我們研究團隊將著力推進的工作。」周懷陽表示，「人類對資源、環境所有的要求都基於對地球的認識，而我們對地球內部的認識還十分淺顯。實施深海大洋鑽探，打穿洋殼，直接獲取地球深部的樣品，了解真正的地球內部結構和構造，這是全人類的夢想和追求。」
《中國科學報》 (2013-02-28 第4版 綜合)